DE1930749A1 - Phasenschiebernetzwerk vom RC-Typ - Google Patents

Description

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DB 165 "

Societä Italiana Telecomunicazioni Siemens s.p.a. Mailand, Italien

Phasenschiebernetzwerk vom RO-T_typ.

Die Erfindung betrifft ein Phasenschiebernetzwerk vom RO-Typ mit einem aktiven Schaltkreis, das am Eingang an eine Signalquelle angeschlossen ist und am Ausgang ein zum Eingangssignal phasenverschobenes Ausgangssignal liefert. Insbesondere betrifft die Erfindung ein RC-Phasenschiebernetzwerk mit einem aktiven Schaltkreis für eine Schaltungsanordnung, in welcher zwischen zwei Signalen eines gleichen Frequenzbandes eine ständige Phasenverschiebung bestehen soll, vorzugsweise für ein Modulations syst em mit einem einzigen Seitenband.

In Modulationsschaltungen mit nur einem Seitenband wird ein Paar von zwei Netzwerken benötigt, welche beide die gleiche Dämpfung sowie entsprechende Phasenverschiebungen, die voneinander auf einem großen Frequenzband umX abweichen, aufweisen. Genauer gesagt, soll ein solches Netzwerkpaar ausgehend von einer bestimmten Eingangsspannung (V ), deren Frequenzspektrum innerhalb eines bestimmten*Bandes liegt, zwei Ausgangsspannungen erzeugen, und zwar derart, daß die Phasendifferenz und das Amplitudenverhältnis aller einander entsprechenden Komponenten des Frequenzspektrums auf dem gesamten Band konstant sind.

In bekannteiL Schaltungsanordnungeh sind zu diesem Zweck zwei passive Vierpole vorgesehen, welche Netzwerkglieder ("Zellen") enthalten, die aus Induktivitäten und Kondensatoren bestehen· Die üblichen Netzwerke dieser Art sind symmetrisch aufgebaut, und ihre Zweige besitzen zueinander inverse Scheinwiderstände, so daß das Produkt ihrer Scheinwiderstände, gleich dem G^adrat eines konstanten Widerstandes ist. Die Netzwerke Weisen einen frequenzunabhängigen charakteristischen Scheinwiderstand (Wellenwiderstand) und bei allen reellen Frequenzen ' eine Dämpfung vom Wert Null auf· Bei reellen Frequenzen führen

sie ferner eine Phasenverschiebung durch, und ohne Beschränkung kann diese durch Änderung der Reaktanzen der Zweige des Netzwerks sehr unterschiedlich verlaufen. Eine Begrenzung ergibt sich aus der Tatsache, daß die Neigung der Kurve der Phasenverschiebung als Funktion der Frequenz positiv sein wird.

Statt dessen kann man auch passive lineare Yierpole ver- . wenden, die nur aus Widerständen und Kondensatoren bestehen. Solchen Netzwerken kommt dann eine größere Bedeutung zu, wenn sich das Nutzsignalband bis zu sehr niedrigen Frequenzen erstreckt f denn für einen solchen Fall ist es. schwierig, Induktivitäten der erforderlichen Qualität zu schaffen. Netzwerke dieser Art haben den Nachteil, daß sich vor allem bei einem breiten Signalband hohe Verluste ergeben. -' :

In beiden Fällen können außerdem Eingangs- und Ausgangsübertrager verwendet werden. Die bekannten Phasenschiebernetzwerke erfüllen annähernd die Forderung nach einem konstanten Verhältnis der Amplituden entsprechender Komponenten des Fre^ quenzSpektrums. Die.weitere Forderung einer bestimmten konstanten Phasendifferenz auf dem gesamten Band wird annähernd durch ' einen Schwingungsverlauf erfüllt, dessen Maximal-* und Minimalwerte vom theoretischen Wert um einen Betrag abweichen, der in-^! nerhalb der im Band selbst gewünschten Toleranzgrenzen reduziert werden kann, und zwar dadurch, daß man die Anzahl der die Netzwerke bildenden Glieder erhöht.

Die Brauchbarkeit der bekannten Schaltungsan'ordnungen "■ '^! wird vor allem dadurch stark eingeschränkt, daß es unmöglich ist, ideale übertrager mit annehmbaren Dimensionen herzustellen. Dies gilt besonders für den Fall eines großen Verhältnisses zwischen der größten und der kleinsten Frequenz des Bandes· · ^; '

Demgemäß bezweckt die iirfindung vor allem, ein Phasenschiebernetzwerk vom RC-Typ mit einem aktiven Schaltkreis anzugeben, in welchem ein konstantes Verhältnis zwischen den Amplituden der Spektralkomponenten und eine Phasendifferenz eines ^a festgesetzten konstanten Wertes auf einem Frequenzband mit einer sehr niedrigen Minimalfrequenz (wenige Ez) eingehalten werden;' Dabei sollen die großen und^;schwierig herstellbaren Eingangs-' v Und Ausgangsübertrager, die einen wesentlichen Nachteil aller bekannten Netzwerke dervorliegenden Art darstellenj vermieden

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werden.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, Phasenschiebernetzwerke der genannten Art anzugeben, die weniger Bauteile benötigen als bekannte Schaltungsanordnungen, also einen geringeren Raumbedarf aufweisen und weniger aufwendig und somit · billiger sind. Ferner sollen Phasenschiebernetzwerke gemäß der Erfindung dazu in der Lage sein, die bei dem eingangs geschilderten Problem geforderten Bedingungen mit größerer Genauigkeit einzuhalten.

Gemäß der Erfindung werden aktive Phasenschiebernetzwerke vom RC-Typ verwendet, welche jeweils zwei L-Glieder (L-förmige "Zellen") enthalten, die einen gemeinsamen Eingang besitzen, der ohne Zwischenschaltung eines- Übertragers mit einer Signalquelle gekoppelt ist. Die Ausgangssignale dieser L-Glieder werden den Eingängen eines aktiven Schaltkreises zugeführt, der dazu dient, die Differenz dieser Signale zu bilden und ein Ausgangssignal zu liefern, das für die nachfolgenden Stufen zur Verfügung steht, ohne daß ein Übertrager verwendet wird. Im einzelnen besteht jedes dieser L-Glieder aus einem Scheinwiderstand und einem mit diesem in Serie geschalteten (Wirk-),' Viiderstand, der mit einem Ende an Masse liegt. Der aktive Schafckreis be- ' steht im wesentlichen aus einem Operations- oder Rechendifferentialverstärker, der ab integrierter Schaltkreis ausgebildet ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die Zeichnung zeigt in:

Fig.1 das schematische Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung mit zwei Phasenschiebernetzwerken;

Fig.2 ein schematisches Schaltbild eines bekannten Hiasenschiebernetzwerkes;

Fig.3 ein schematisches Schaltbild eines Phasenschiebernetzwerkes gemäß der Erfindung; und

Fig.4 ein Schaltbild, das als Beispiel für eine praktische Ausführungsform eines Netzwerkes gemäß der Erfindung dient.·

In Fig.1 sind zwei Phasenschiebernetzwerke N,. und K₂ dargestellt, die dazu dienen, aus einem Eingangssignal V zwei Ausgangssignale V^ und Vg zu erzeugen, und zwar mit einem Amplitudenverhältnis und einer Phasendifferenz zwischen entsprechenden ^r Komponenten des Frequenzspektrums, die auf dem ganzen interessie-

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renden Frequenzband konstant sind. Gemäß dieser Schaltungsanordnung werden die Netzwerke nach der Erfindung zusammengeschartet.

Dem in Fig.2 dargestellten bekannten Netzwerk wird über einen (nicht dargestellten) Eingangsübertrager das Eingangssignal E zugeführt. Das Ausgangssignal V_u des bekannten Hetzwerkes steht über einen (ebenfalls nicht dargestellten) Ausgangsübertrager zur Verfügung. Z. und Z_ß sind Impedanzen, die durch Widerstände und Kondensatoren gebildet werden. Das Ausgangssignal V wird an einem Widerstand R abgegriffen, durch den ein Strom i fließt.

Die Übertragungsfunktion F (363) des in Fig.2 dargestellten bekannten Netzwerkes, die für die Schaltungsanordnung gemäß Fig,1 benötigt wird, läßt sich in einfacher Form folgendermaßen ausdrücken:

(ΐω) - ^T» ^{R i H}

·(■

E E 2 ^ Z_A + R . Zg. +.R-

Bekanntlich bestimmt die Lage der Polstellen und der Nullstellen der Übertragungsfunktion das Ansprechverhalten des Netzwerks.

In Fig;3 ist ein Netzwerk gemäß der Erfindung dargestellt. Bei diesem Netzwerk bildet ein Block D genau die Differenz zwischen den Signalen V^ und V'o· Er weist eine sehr hohe Eingangsimpedanz auf. Bei den Impedanzen Z. und Z_ß der Fig.3 handelt es sich um die gleichen Impedanzen wie in Fig.2. Auch die Widerstände R sind die gleichen wie xil Fig.2. Das Eingangssignal E des Netzwerkes gemäß Fig.3 wird ohne Zwischenschaltung eines Übertragers angelegt und entspricht dem am Eingang dee Netzwerkes gemäß Fig.2 erscheinenden Signal E. Das Auegangssignal V_u kann ebenfalls ohne Übertrager verwendet werden. Die Übertragungsfunktion des in Fig.3 dargestellten Netzwerks läßt eich folgendermaßen ausdrücken:

IL. _m K —

Z_ft +R Z_n + R

K ist eine Konstante. Abgesehen von dieser Konstanten, die

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keinen Einfluß auf den Verlauf der Ansprechkurve der Netzwerke als Funktion der Frequenz hat, stimmen die Übertragungsfunktionen der Netzwerke gemäß Fig.2 und 3 selbstverständlich überein·

Das in Fig.3 dargestellte Netzwerk gemäß der Erfindung besitzt folgende Vorteile: Erstens beträgt die Zahl der für die -Impedanzen Z. und Z„ erforderlichen Bauelemente nur die Hälfte der für das in Fig.2 dargestellte bekannte Netzwerk erforderlichen Anzahl, da die Impedanzen Z^ und Z_ß nur ein einziges mal vorhanden sind. Zweitens werden keine Eingangs- und Ausgangsübertrager benötigt, die in Anbetracht des gewünschten Ansprechverhaltens des Netzwerkes auf ein Frequenzband, das sich bis zu sehr niedrigen Frequenzen erstreckt, sehr genau und sorgfältig ausgeführt sein müssen und daher kostspielig sind. Drittens ist der Block D als integrierte Schaltung eines Rechendifferentialverstärkers herstellbar, deren Herstellungskosten ständig im Sinken begriffen sind, so daß ein Netzwerk gemäß der Erfindung zunehmend wirtschaftlicher wird.

Fig.4 stellt ein Beispiel für eine praktische Ausführungsform eines der beiden Phasenschiebernetzwerke gemäß der Erfindung dar, die so in einer Schaltungsanordnung gemäß Fig.1 verwendet werden können, daß sich eine Phasenverschiebung von 90° im Frequenzband von 40 bis 15 000 Hz ergibt. Das andere Netzwerk ist gleichartig aufgebaut. Ein solches Netzwerk gemäß der Erfindung bewirkt die gewünschte Phasenverschiebung mit einer Ungenauigkeit von etwa 15¹·

In Fig.4 sind D^, D~ und D, Operationsverstärker vom Differentialtyp, die dazu dienen, die Differenz zwischen den Signalen V_'/j und Vg zu bilden, weiche von den passiven Zweigen des Netzwerks geliefert werden. Die Verstärker D^, und Dp erhöhen nicht nur die Eingangsimpedanz der innerhalb des Blockes D • befindlichen Differenzierschaltung, sondern sie verbessern auch den Reflexionsfaktor. Eine schaltungsmäßige Realisierung der Impedanzen Z^ und Zg ist in Fig.4 den entsprechenden, durch un~ Verbrochene Linien dargestellten Blöcken zu entnehmen* Die Sigv neute E und V_u entsprechen denjenigen der Fig.3. Die In Fig..4 dargestellte Schaltungsanordnung stellt die technisch beste und Sicherste I&sung dar, bei welcher gewährleistet ist, daß dia •Eigenschaften, die des Netzwerk am Anfang aufweist, sich nicht

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mit der Zeit und mit unterschiedlichen Umgebungsverhältnissen ändern.

Die Erfindung umfaßt auch einfachere Netzwerke wie z.B. solche, die als ^x'rennglieder zwischen den passiven L-Gliedern und dem Rechenverstärker D-, einfachere Glieder wie z.B. Emitter-

folger oder Rechenverstärker, die auf einem oder beiden Ein- . gangen vom Verstärker D₅, unabhängig sind, verwenden.

In der Zeichnung ist ferner zu erkennen, daß die Verstärker, die in Fig.4 eine Differenzoperation durchführen, gegengekoppelt sind, damit ihre Verstärkung zeitlich und bei einer Veränderung der Umgebungsverhältnisse konstant bleibt.

RC-Riasenschiebernetzwerke mit aktiven Schaltkreisen gemäß der Erfindung wurden in Multiplexsystemen mit l'requenztei«- lung für die "übertragung von stereophonischer Musik auf Kanälen, in denen das Bildband durch die bekannte Phasenverschiebungsmethode beseitigt wird, mit hervorragenden Ergebnissen verwendet. * - --""·-

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Claims (1)

™ 1Q9D7AQ Patentansprüche ι υ ο υ / η ο

1.)J Phasenschiebernetzwerk vom RC-Typ mit einem aktiven Schaltkreis, das am Eingang an eine Signalquelle angeschlossen ist und am Ausgang ein zum Eingangssignal phasenverschobenes Ausgangssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß zwei I-Glieder vorgesehen sind, die jeweils aus einer Impedanz (Z^,Z^) und einem mit dieser in Serie geschalteten Widerstand (R), der mit einem Ende an Masse liegt, bestehen und einen gemeinsamen Eingang besitzen, der unmittelbar ohne Zwischenübertrager mit der Si^nalquelle (E) gekoppelt ist, und daß die Ausgänge der L-GIieder mit entsprechenden Eingängen des aktiven Schaltkreises (D) verbunden sind, das die Differenz seiner Eingangssignale bildet und an dessen Ausgang das phasenverschobene Ausgangssignal (V ) unmittelbar ohne Zwischenschaltung eines Übertragers zur Verfügung steht.

.2.) Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß d^r aktive (Schaltkreis (D) ein Differentialrechenverstärker ist, der als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist.

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